[發(fā)明專利]一種模塊化多電平換流器在線損耗計(jì)算方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110404663.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN102570864A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙成勇;楊柳;肖湘寧;許建中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/12
• 分類號(hào): H02M7/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

1.一種模塊化多電平換流器在線損耗計(jì)算方法，其特征在于，它包括以下步驟：

1)通過測(cè)量獲得A相橋臂電流i_a、B相橋臂電流i_b、C相橋臂電流i_c和當(dāng)前環(huán)境的工作溫度t，然后計(jì)算每個(gè)SM模塊中第一IGBT、第二IGBT、第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的通態(tài)損耗：

2)計(jì)算每個(gè)SM模塊中第一IGBT和第二IGBT的開關(guān)損耗以及第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的反向恢復(fù)損耗；

3)通過損耗計(jì)算模塊計(jì)算IGBT總通態(tài)損耗P_Tcon、續(xù)流二極管總通態(tài)損耗P_Dcon、IGBT總開關(guān)損耗P_Tsw、續(xù)流二極管總反向恢復(fù)損耗P_Drec、IGBT總損耗P_T、續(xù)流二極管總損耗P_D、模塊化多電平換流器總通態(tài)損耗P_con、模塊化多電平換流器總開關(guān)損耗P_sw、模塊化多電平換流器總損耗P_tot和模塊化多電平換流器損耗比K。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模塊化多電平換流器在線損耗計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟1)具體包括以下步驟：

11)從產(chǎn)品說明書中獲得如下四條曲線：溫度為25℃時(shí)第一IGBT的集射極電壓V′_CE與集電極電流I_C的關(guān)系曲線、溫度為125℃時(shí)第一IGBT的集射極電壓V_CE與集電極電流I_C的關(guān)系曲線、溫度為25℃時(shí)第一續(xù)流二極管的正向?qū)妷篤′_F-正向直流電流I_F的關(guān)系曲線和溫度為125℃時(shí)第一續(xù)流二極管的正向?qū)妷篤_F-正向直流電流I_F的關(guān)系曲線；

12)在溫度為125℃時(shí)第一IGBT的集射極電壓V_CE與集電極電流I_C的關(guān)系曲線中，通過描點(diǎn)法得到以下N組數(shù)據(jù)：(I_C1，V_CE1)，(I_C2，V_CE2)...(I_CN，V_CEN)，其中，I_C1-I_CN為第一IGBT的集電極電流值，V_CE1-V_CEN是當(dāng)?shù)谝籌GBT集電極電流值為I_C1-I_CN時(shí)第一IGBT的集射極電壓值，1≤N≤100；對(duì)(I_C1，V_CE1)，(I_C2，V_CE2)...(I_CN，V_CEN)這N組數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行高次曲線擬合，得到溫度為125℃時(shí)第一IGBT集射極電壓V_CE與集電極電流I_C的數(shù)學(xué)關(guān)系式；

根據(jù)下列公式：R_T1＝V_CE1/I_C1，R_T2＝V_CE2/I_C2...R_TN＝V_CEN/I_CN得到：當(dāng)?shù)谝籌GBT集電極電流值為I_C1-I_CN時(shí)第一IGBT的通態(tài)電阻值為R_T1-R_TN，進(jìn)而得到以下N組數(shù)據(jù)：(I_C1，R_T1)，(I_C2，R_T2)...(I_CN，R_TN)；對(duì)(I_C1，R_T1)，(I_C2，R_T2)...(I_CN，R_TN)這N組數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行高次曲線擬合，得到溫度為125℃時(shí)第一IGBT的通態(tài)電阻R_T與集電極電流I_C的數(shù)學(xué)關(guān)系式；

13)在溫度為125℃時(shí)第一續(xù)流二極管正向?qū)妷篤_F-正向直流電流I_F的關(guān)系曲線中，通過描點(diǎn)法得到以下M組數(shù)據(jù)：(I_F1，V_F1)，(I_F2，V_F2)...(I_FM，V_FM)，其中，I_F1-I_FM為第一續(xù)流二極管的正向直流電流值，V_F1-V_FM是當(dāng)?shù)谝焕m(xù)流二極管的正向直流電流值為I_F1-I_FM時(shí)第一續(xù)流二極管的正向?qū)妷褐担?≤M≤100；對(duì)(I_F1，V_F1)，(I_F2，V_F2)...(I_FM，V_FM)這M組數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行高次曲線擬合，得到溫度為125℃時(shí)第一續(xù)流二極管正向?qū)妷篤_F與正向直流電流I_F的數(shù)學(xué)關(guān)系式；

根據(jù)下列公式：R_D1＝V_F1/I_F1，R_D2＝V_F2/I_F2...R_DM＝V_CEM/I_CM得到當(dāng)?shù)谝焕m(xù)流二極管的正向直流電流值為I_F1-I_FM時(shí)第一續(xù)流二極管的通態(tài)電阻值R_D1-R_DM，進(jìn)而得到以下M組數(shù)據(jù)：(I_F1，R_D1)，(I_F2，R_D2)...(I_FM，R_DM)；對(duì)(I_F1，R_D1)，(I_F2，R_D2)...(I_FM，R_DM)這M組數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行高次曲線擬合，得到溫度為125℃時(shí)第一續(xù)流二極管通態(tài)電阻R_D與正向直流電流I_F的數(shù)學(xué)關(guān)系式；

14)對(duì)步驟11)中的四條曲線按如下公式進(jìn)行插值運(yùn)算：

αT=1VCE[VCE-VCE′100(t-25)+VCE′]]]>

αD=1VF′[VF′-VF100(t-25)+VF]]]>

得到第一IGBT和第二IGBT的通態(tài)損耗的結(jié)溫系數(shù)α_T和第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的通態(tài)損耗的結(jié)溫系數(shù)α_D，上述公式中，t為當(dāng)前環(huán)境的工作溫度；

15)在曲線擬合模塊中通過以下公式計(jì)算得到第一IGBT的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電壓V_CEX、第一續(xù)流二極管的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電壓V_DX、第一IGBT的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電阻R_TX和第一續(xù)流二極管的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電阻R_DX：

V_CEX＝α_T×V_CE

V_DX＝α_D×V_F

R_TX＝α_T×R_T

R_DX＝α_D×R_D

16)將V_CEX和R_TX代入以下公式，經(jīng)計(jì)算得出第一IGBT的中間通態(tài)損耗P_EFS：

VEF=VCEX+RTX·iIEF=|i|‾·i^PEFS=i·VEF]]>

以上公式中，流入模塊化多電平換流器的上下橋臂電流為i，在A相橋臂中，i＝i_a，在B相橋臂中，i＝i_b，在C相橋臂中，i＝i_c，V_EF為IGBT的通態(tài)等值電壓，I_EF為IGBT的通態(tài)等值電流，是橋臂電流的峰值，是橋臂電流的算術(shù)平均值；在實(shí)際工作中，I_C＝i，結(jié)合步驟12)-步驟15)看出：V_CEX和R_TX均為t與i的函數(shù)，所以，P_EF為t和i的函數(shù)；

將V_DX和R_DX代入以下公式，經(jīng)計(jì)算得出第一續(xù)流二極管的中間通態(tài)損耗P_DFS：

VDF=VDX+RDX·iIDF=|i|‾·i^PDFS=i·VDF]]>

以上公式中，流入模塊化多電平換流器的上下橋臂電流為i，V_DF為續(xù)流二極管的通態(tài)等值電壓，I_DF為續(xù)流二極管的通態(tài)等值電流；在實(shí)際工作中，I_F＝i，結(jié)合步驟12)-步驟15)看出：V_DX和R_DX均為t與i的函數(shù)，所以，P_DFS為t和i的函數(shù)；

17)第二IGBT的中間通態(tài)損耗P′_EFS與第一IGBT的中間通態(tài)損耗P_EFS的計(jì)算方法相同，通過步驟11)-步驟16)得出第二IGBT的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電壓V’_CEX、第二IGBT的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電阻R’_TX和第二IGBT的中間通態(tài)損耗P′_EFS；

第二續(xù)流二極管的中間通態(tài)損耗P′_DFS與第一續(xù)流二極管的中間通態(tài)損耗P_DFS的計(jì)算方法相同，通過步驟11)-步驟16)得出第二續(xù)流二極管的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電壓V’_DX、第二續(xù)流二極管的實(shí)時(shí)通態(tài)等值電阻R’_DX和第二續(xù)流二極管的中間通態(tài)損耗P′_DFS；

18)求解每所有SM模塊中第一IGBT的占空比的平均值s1、所有SM模塊中第二IGBT的占空比的平均值s2、所有SM模塊中第一續(xù)流二極管的占空比的平均值s3和所有SM模塊中第二續(xù)流二極管的占空比的平均值s4；

19)通過以下公式計(jì)算第一IGBT的通態(tài)損耗P_EF、第二IGBT的通態(tài)損耗P′_EF、第一續(xù)流二極管的通態(tài)損耗P_DF和第二續(xù)流二極管的通態(tài)損耗P′_DF：

P_EF＝s1×P_EFS

P′_EF＝s2×P′_EFS

P_DF＝s3×P_DFS

P′_DF＝s4×P′_DFS。